Áp dụng các định luật bảo toàn giải bài toán va chạm chương trình vật lý 10

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT LÊ LỢI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ÁP DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN GIẢI BÀI TỐN VA CHẠM - CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 10 Người thực hiện: Lê Văn Sáu Chức vụ: Phó Hiệu trưởng SKKN thuộc lĩnh vực (mơn): Vật lí MỤC LỤC THANH HỐ NĂM 2021 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Điểm SKKN NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm, giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Cơ sở lí thuyết 2.3.2 Hệ thống tập vận dụng định luật bảo toàn va chạm 10 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 17 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị 18 18 MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Dân tộc Việt Nam ta trường tồn phát triển ngày nhờ nhiều yếu tố yếu tố có ý nghĩa quan trọng việc chăm lo đến giáo dục Trong môi truờng cạnh tranh, với điều kiện so sánh giống nhau, nước biết cách chăm lo đến giáo dục bồi dưỡng nhân tài, nước nhanh chóng chiếm lĩnh ưu kinh tế - kỹ thuật từ phát huy nhanh chóng sức mạnh tổng hợp thúc đẩy kinh tế phát triển Cũng theo hội nghị Ban chấp hành trung ương khóa XI đưa nghị số 29/NQ-TW ngày 04/11/2013 Nghị số 44/NQ-CP ngày 09/06/2014 phủ ban hành Chương trình hành động, đổi toàn diện giáo dục đào tạo đáp ứng yêu cầu xã hội hội nhập quốc tế Đặc biệt, nghị nhấn mạnh việc đổi chương trình SGK phổ thơng, khung chương trình đạo tạo bậc ĐH THCN theo định hướng phát triển lực, tư sáng tạo người học Từ mục tiêu đó, giáo dục phổ thông trọng đến việc đổi phương pháp dạy học, nhằm bồi dưỡng cho học sinh lực sáng tạo, lực giải vấn đề Trong dạy học Vật lí, để nâng cao chất lượng học tập phát triển lực giải vấn đề học sinh có nhiều phương pháp khác Trong đó, hướng dẫn học sinh áp dụng định luật, định lí, cơng thức vào giải tâp vật lí quan trọng, có tác động tích cực đến việc giáo dục phát triển học sinh Đồng thời thước đo thực chất, đắn kiến thức kĩ học sinh Mặt khác, số lượng tập vật lí sách giáo khoa sách tập nhiều, việc lựa chọn sử dụng hiệu quả, giúp bồi dưỡng lực giải vấn đề cho học sinh, đòi hỏi giáo viên phải có chuẩn bị tốt để đạt hiệu mong muốn Bài tập vật lí phương tiện giúp nâng cao lực phát giải vấn đề cho học sinh hiệu Bằng nhiều dạng tập, nhiều cách khai thác khác nhau, tạo nhiều biện pháp sử dụng tập bồi dưỡng lực giải vấn đề cho học sinh Thực tế trường phổ thông giảng dạy, giáo viên chưa trọng đến việc định hướng cho học sinh vận dụng kiến thức lý thuyết vào vấn đề thực tiễn Đặc biệt tiết tập, chủ yếu giáo viên giải tập giáo khoa túy, chưa đào sâu suy nghĩ để xây dựng hệ thống tâp với mục đích tăng thêm khả tư sáng tạo nâng cao lực vận dụng kiến thức vào giải vấn đề thực tiễn Giáo viên phần lớn chưa có đính hướng bồi dưỡng, xây dựng cho học sinh khả chủ động phát vấn đề cách giải vấn đề Khi hoạt động nghiên cứu lĩnh vực này, chưa có nghiên cứu việc sử dụng tập vật lí để phát triển lực giải vấn đề cho học sinh cách đầy đủ Với lí trên, tơi chọn đề tài SKKN: Áp dụng định luật bảo tồn giải tốn va chạm chương trình Vật lí lớp 10 1.2 Mục đích nghiên cứu Sau nghiên cứu, tơi chọn đề tài: Áp dụng định luật bảo toàn giải tốn va chạm chương trình Vật lí 10 Với mục đích xây dựng hệ thống tập va chạm giúp em nâng cao kiến thức, vận dụng lí thuyết vào gải tập cụ thể thơng qua áp dụng vào đời sống 1.3 Đối tượng nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu - Q trình dạy học vật lí lớp 10 - Là em học sinh lớp 10 * Phạm vi nghiên cứu - Lý thuyết tập phần “ Các định luật bảo tồn va chạm chương trình Vật lí 10” THPT - Thực tiết dạy tập để vận dụng định luật bảo toàn toán va chạm với đối tượng em học sinh lớp10 trường THPT 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu văn kiện, nghị Đảng, văn Nhà nước ngành Giáo dục - Đào tạo đổi PPDH, nâng cao chất lượng giáo dục - Nghiên cứu tổ chức hoạt động nhận thức HS học tập, hoạt động giải BTVL trình học - Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa, sách BT, tài liệu tham khảo chương “Các đinh luật bảo toàn”, Vật lí 10 trung học phổ thơng, báo, tạp chí chuyên ngành - Tiến hành kiểm tra, đánh giá chất lượng học tập HS sau sử dụng tập theo hướng phát triển NLGQVĐ cho HS dạy học 1.5 Điểm SKKN Về lý luận: - Hệ thống hóa sở lý thuyết tập - Đề xuất đặc điểm tập theo hướng phát triển lực giải vấn đề Về thực tiễn: - Đánh giá thực trạng việc vận dụng lí thuyết vào giải tập dạy học Vật lí số trường THPT - Xây dựng hệ thống tập va chạm Vật lí 10 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHỆM 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm Va chạm tượng thường xuyên gặp đời sống Trong ngơn ngữ hàng ngày va chạm xảy vật va vào vật khác Các va chạm là: bia, búa đinh, bóng chày chày đập bóng cịn nhiều va chạm khác Va chạm có nhiều ứng dụng thực tế Ví dụ như: đo vận tốc đạn cách cho đạn va chạm với lắc thử đạn… Trong chương trình vật lí phổ thơng tốn va chạm dạng toán hay khó Va chạm có nhiều đặc điểm với đặc điểm ta có loại va chạm khac Việc phân biệt loại va chạm phân tích q trình xảy va chạm điều khó khăn học sinh phổ thơng Chun đề “bài toán va chạm” đưa nhằm giúp học sinh hiểu rõ loại va chạm đặc điểm loại va chạm, hướng giải tốn va chạm Từ học sinh vận dụng kiến thức để giải toán va chạm từ đơn giản đến phức tạp hình thành cho học sinh kĩ phân tích tượng đưa cách giải ngắn gọn Mục tiêu SKKN để học sinh hiểu khái niệm va chạm, phân biệt loại va chạm đặc điểm chúng, vận dụng định luật bảo toàn để áp dụng giải toán va chạm từ đơn giản đến phức tạp, từ áp dụng kiến thức va chạm vào thực tế đời sống hàng ngày 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm + Khó khăn phía GV: - Dung lượng kiến thức phần lớn - Thời gian chương trình lại khơng nhiều + Khó khăn phía HS: - Việc vận dụng lí thuyết vào tập thực tế chưa dễ học sinh - Bài toán va chạm sau vận dụng định luật để thiết lập phương trinh việc giải gặp khó khăn có phương trình đại số phương trình véc tơ 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm, giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1: Cơ sở lý thuyết 1.Va chạm mềm a Khái niệm: Người ta gọi va chạm vật va chạm mềm sau va chạm hai vật dính liền với thành vật Trong va chạm mềm phần động cầu chuyển thành nhiệt công làm biến dạng vật sau va chạm b Định luật bảo toàn va chạm mềm: Trong va chạm mềm động lượng bảo toàn: Tổng động lượng vật trước va chạm tổng động lượng vật sau va chạm Phương trình Định luật bảo tồn động lượng : r r r m1v10  m2 v20  (m1  m2 )v r v vận tốc vật sau va chạm Từ đó, ta tính vận tốc vật sau va chạm : r r r m1v10  m2v20 v (1) m1  m2 Lưu ý: Trong va chạm mềm khơng có định luật bảo tồn động nên ta có phần động tổn hao trình va chạm Động hai vật trước va chạm: w0  1 m1v102  m2 v20 2 Động chúng sau va chạm : r r (m1v10  m2v20 ) 2 w  (m  m2 )v  2( m  m2 ) Phần động w  w  w  tổn hao trình va chạm : m1m2 (v10  v20 )  (2) m1  m2 Biểu thức chứng tỏ động cầu luôn bị tiêu hao thành nhiệt công làm biến dạng vật sau va chạm Muốn đập vỡ viên gạch, tức muốn chuyển động búa thành lượng biến dạng làm vỡ viên gạch theo (2) ta cần tăng vận tốc v10 búa trước va chạm, tức phải đập búa nhanh Ngược lại, đóng đinh ta phải làm giảm phần động tiêu hao ta muốn chuyển động búa thành động đinh ấn sâu vào gỗ Muốn vậy, phải tăng khối lượng m búa để đạt động búa lớn mà vận tốc v10 búa không lớn , nhờ mà giảm phần động tiêu hao thành nhiệt c Áp dụng: Sau trình bày áp dụng va chạm mềm để xác định vận tốc ban đầu đầu đạn bay khỏi nòng súng Để xác định vận tốc v10 viên đạn có khối lượng m1 bay khỏi nòng súng, người ta bắn viên đạn vào bao cát có khối lượng m2 đứng yên (v20 = 0) Sau va chạm, viên đạn bao cát dính vào có vận tốc v Bao cát treo kim loại cứng có chiều dài l Đầu có gắn lưỡi dao O làm trục quay Nhờ động sau va chạm mà hệ quay góc  , nâng lên độ cao h so với vị trí cân Tất động hệ chuyển thành Đo góc  , biết m1, m2 l ta xác định vận tốc ban đầu v10 viên đạn bay khỏi nòng súng Thật vậy, áp dụng (IV.6) để ý v20 = ta có : mv v  10 m1  m2 Từ tính động sau va chạm hệ : 1 m12 v102 w  ( m1  m2 )v  2 (m1  m2 ) Thế hệ vị trí xác định góc  : w t  (m1  m2 ) gh  (m1  m2 ) gl (1  cos ) Theo định luật bảo tồn ta có: (m1  m2 ) gl (1  cos )  m12v102 ( m1  m2 ) Dựa vào hệ thức lượng giác : � �  cos  2sin � � �2 � Ta biến đổi phương trình thành :  � � m1 � 2� gl sin � � � �v10 �2 � �m1  m2 � Từ tính được: �m  m2 � � � v10  gl � sin � � � � m1 � �2 � Hệ thống bố trí cho phép ta xác định vận tốc viên đạn đo góc lệch  , gọi lắc thử đạn Va chạm đàn hồi a Khái niệm: Người ta gọi va chạm hai vật hồn tồn đàn hồi q trình va chạm khơng có tượng chuyển phần động vật trước va chạm thành nhiệt công làm biến dạng vật sau va chạm Nói cách khác, sau va chạm đàn hồi cầu có hình dạng cũ khơng bị nóng lên b Định luật bảo toàn va chạm mềm - Định luật bảo toàn động lượng: Tổng động lượng vật liền trước va chạm tổng động lượng vật liền sau va chạm - Định luật bảo toàn năng: Cơ hệ liền trước va chạm hệ liền sau va chạm Va chạm đàn hồi xuyên tâm ( trực diện – va chạm thường gặp tốn Vật lí bản) a Khái niệm: Là va chạm đàn hồi mà vật va chạm có véc tơ vận tốc nằm đường thẳng đường đường nối tâm vật va chạm b Định lật bảo tồn va chạm đàn hồi xun tâm: Có hai định luật va chạm đàn hồi vật va chạm có độ cao nên động hệ đựơc bảo tồn Xét hai vật có khối lượng m1 m2 chuyển động mặt phẳng nằm ngang r r đến va chạm trực diện với Vận tốc ban đầu vật v10 v10 Trong mặt phẳng nằm ngang áp dụng định luật bảo tồn động lượng vật tham gia va chạm, tức : r r r r m1v10  m2 v20  m1v1  m2v2 (3) r r v2 v2 vận tốc vật sau va chạm Áp dụng định luật bảo toàn động ta có 1 1 m1v102  m2v20  m1v12  m2v22 (4) 2 2 Để giải hệ phương trình (3) (4) ta làm sau: r r r r Vì vectơ v10 , v20 , v1 , v2 có phương nên ta chuyển phương trình vectơ (3) thành phương trình vơ hướng m1v10  m2 v20  m1v1  m2 v2 biến đổi phương trình thành m1 (v10  v1 )  m2 (v2  v20 ) (3’) 2 2 Biến đổi (4) thành: m1 (v10  v1 )  m2 (v2  v20 ) (4’) Chia (2’) cho (1’) ta có: (v10  v1 )  (v2  v20 ) Nhân hai vế phương trình với m1 ta có : m1 (v10  v1 )  m1 (v2  v20 ) (5) Cộng (5) với (3’) ta tìm vận tốc vật thứ hai sau va chạm: v2  2m1v10  ( m1  m2 )v20 (6) m1  m2 Ta nhận thấy vai trị hai cầu m m2 hồn tồn tương đương nên cơng thức ta việc tráo số cho ta tìm vận tốc cầu thứ sau va chạm: v1  2m2 v20  (m2  m1 )v10 m1  m2 (7) Lưu ý: Trong công thức (6), (7) v10 , v20 , v1 , v2 có giá trị đại số Ta xét trường hợp riêng biểu thức (6) (7) : Giả sử hai cầu hoàn toàn giống nhau, tức m1 = m2 Từ (4) (5) ta có : v2  v10 v1  v20 Nghĩa hai cầu sau va chạm trao đổi vận tốc cho nhau: Quả cầu thứ có vận tốc cầu thứ hai trước có va chạm ngược lại Hình sau minh họa trường hợp hai cầu trước va chạm đứng yên : Hình bên cho thấy sau va chạm, cầu thứ hai có vận tốc v = v10 = 0, nghĩa đứng yên cầu thứ trước va chạm, cầu thứ sau va chạm lại có vận tốc v1 = v20 nghĩa chuyển động cầu thứ hai trước va chạm Hai cầu thay đổi vai trò cho Nếu ma sát điểm treo dây nhỏ cầu lúc đứng yên lúc chuyển động xen kẽ 4.Va chạm thực tế vật ( Phần hiểu biết thêm) Thực tế, va chạm vật khơng hồn tồn đàn hồi va chạm mềm mà trường hợp trung gian hai trường hợp Trong trình va chạm, phần động vật chuyển thành nhiệt công biến dạng sau va chạm hai vật khơng dính liền mà chuyển động với vận tốc khác Từ thời Niutơn, thực nghiệm người ta xác định va chạm thật vật tỉ số e vận tốc tương đối (tức hiệu hai vận tốc) sau va chạm (v1  v2 ) vận tốc tương đối trước va chạm (v10  v20 ) phụ thuộc vào chất vật va chạm : v v e  v10  v20 Tỉ số e gọi hệ số đàn hồi Trong va chạm hoàn toàn đàn hồi, từ biểu thức (3) ta suy : v1  v2  (v10  v20 ) Như vậy, va chạm hồn tồn đàn hồi e = Trong va chạm mềm sau va chạm hai vật chuyển động với vận tốc v nên vận tốc tương đối chúng sau va chạm khơng, e = Đối với va chạm vật thật e có gia trị Niutơn xác định với thủy tinh e = 15/16 cịn sắt e = 5/9 Biết hệ số đàn hồi e , ta xác định vận tốc sau va chạm vật phần động tiêu hao va chạm Thật vậy, từ định nghĩa hệ số đàn hồi e định luật bảo tồn động lượng ta có hệ phương trình : v1  v2  e(v10  v20 ) m1v1  m2 v2  m1v10  m2 v20 Muốn giải hệ phương trình này, nhân hai vế phương trình đầu với m2 cộng phương trình thu với phương trình thứ hai hệ ta : (m1  m2 )v1  (m1  m2 )v10  m2 (e  1)(v10  v20 ) Từ tính : v1  v10  m2 (e  1)(v10  v20 ) m1  m2 Tương tự , ta tìm : m (e  1)(v20  v10 ) v2  v20  m1  m2 Phần động tiêu hao va chạm : 1 1 m1v102  m2 v20  m1v12 m2v22 2 2 1  w  m1 (v102  v12 )  m2 (v202  v22 ) 2 1  w  m1 (v10  v1 )(v10  v1 )  m2 (v20  v2 )(v20  v2 ) 2 w  w  w  Từ biểu thức v1 v2 mà ta tìm ta có đẳng thức sau :  m1 (v10  v1 )   m2 (v20  v2 )  m1m2 (e  1)(v10  v20 ) m1  m2 Vậy : m1m2 (e  1)(v10  v20 )  (v10  v1 )  (v20  v2 )  m1  m2 Mặt khác : (v10  v1 )  (v20  v2 )  (v10  v20 )(1  e) m1m2 (1  e )(v10  v20 ) Cuối cùng: w  m1  m2 w  Từ biểu thức , ta thấy va chạm hoàn toàn đàn hồi (e = 1) w = 0, tức khơng có tổn hao động cầu sau va chạm Trong va chạm mềm (e = 0) biểu thức hồn tồn trùng với biểu thức mà ta tính trước 2.3.2 Hệ thống tập vận dụng định luật bảo toàn va chạm 1.Bài toán thuận: Biết trạng thái động học hệ trước sau va chạm tìm xung lực mát động Bài tập 1: Quả bóng có khối lượng m = 500g chuyển động với vận tốc v = 10 m/s đến đập vào tường bật trở lại với vận tốc v, hướng vận tốc bóng trước sau va chạm tuân theo quy luật phản xạ gương Tính độ lớn động lượng bóng trước, sau va chạm độ biến thiên động lượng bóng bóng đến đập vào tường với góc tới bằng: a   b   600 Suy lực trung bình tường tác dụng lên bóng thời gian va chạm t  0,5s Lời giải Độ lớn động lượng bóng trước sau va chạm: p  p,  mv  mv,  0,5.10   kgm / s  Độ biến thiên động lượng bón uur r , r r, r p  p  p  mv  mv a Trường hợp 1: Nếu góc tới bóng (bóng đến đập vng góc với tường), bóng bật ngược trở lại hướng ban đầu ur r Vì p, p ngược chiều: p  p,  p p  mv,  mv  2.mv  10  kgm / s  Lực tườngrtác dụng lên bóng: r p F t p Suy ra: F   20N t b.Trường hợp 2: Nếu góc tới bóng 600 : vectơ vận tốc (và động lượng) bóng trước sau va chạm hợp với góc 600 r ur, p = p = kgm/s p, p  60 ,   10 r ur r Các vectơ p, p, ,  p tạo thành tam giác Suy ra: p  p  p,  5kgm / s Lực tường tác dụng lên bóng: F p  10N t Nhận xét: Đây loại toán độ biến thiên động lượng xung lượng lực tác dụng lên vật Chỉ cần xác định vẽ xác vectơ động lượng vật lúc trước sau va chạm từ xác định vectơ biểu thị độ biến thiên động r lượng xác định lực F (phương, chiều, độ rlớn) làm biến thiên động lượng r vật (dĩ nhiên, ngược lại, biết F suy  p ) Ở nói đến lực trung r bình, khoảng thời gian t , lực F thay đổi Cần ý có lực ma sát nên vận tốc bật ngược trở lại bóng có độ lớn phương khác với vận tốc lúc va chạm (đề cho biết) Bài tập 2: Một vật khối lượng m1 chuyển động với vận tốc V1 đến va chạm vào vật khác có khối lượng m2 đứng yên Sau va chạm vật dính vào chuyển động với vận tốc V , a Tính V , theo m1, m2 V1 b Chứng tỏ va chạm (va chạm mềm) động khơng bảo tồn c Tính phần trăm động chuyển thành nhiệt trường hợp sau nêu nhận xét: + m1  9m + m1   m Lời giải: a Tính vận tốc V , Định luật bảo tồn động lượng m1V1   m1  m  V , � V,  m1 m1  m b Trong va chạm mềm động khơng bảo tồn Động hệ hai vật trước va chạm Wđ = m1V12 Động hệ hai vật sau va chạm 11   m1  m  V12 2 � m �   m1  m  � V1 � �m1  m � m1  V12 W ,đ  m1  m  m1 �1 2� � m1V1 � m1  m �2 �  m1 Wd  Wd m1  m Động hệ giảm va chạm mềm tức động động khơng bảo tồn c Phần trăm động chuyển thành nhiệt Theo định luật bảo toàn lượng, phần động giảm nội (nhiệt) tỏa ra: � m2 m1 � �Wđ  m  m Wđ � m1  m � Q m2 �H  Wd m1  m m2 H1   90% * Với m1  m m2  m2 9 m2 * Với m1  9m H  9m  m  10% 2 1 Q = Wđ - W,đ  � Nhận xét: - Để có nhiệt tỏa lớn khối lượng vật đứng yên (m2) phải lớn so với m1 Đó trường hợp búa đập xuống đe - Để có nhiệt lượng tỏa khơng đáng kể khối lượng vật đứng yên (m 2) phải nhỏ m1 Đó trường hợp đóng đinh Bài tập 3: Hai hịn bi A B có khối lượng m1 = 150g m2 = 300g treo hai sợi dây, có khối lượng khơng đáng kể có chiều dài l = 1m, vào điểm Kéo lệch bi A cho dây treo nằm ngang thả nhẹ ra, đến va chạm vào hịn bi B Sau va chạm hai bi chuyên động nào? lên đến độ cao tính từ vị trí cân bằng? Tính phần động biến thành nhiệt va chạm Xét hai trường hợp a Hai viên bi chì, va chạm mềm b Hai bi thép, va chạm đàn hồi Trong trường hợp kiểm lại định luật bảo toàn lượng Lời giải: Áp dụng định luật bảo toàn (cho hệ gồm trái đất bi A, chọn mốc ví trí cân hịn bi B trước va chạm) ta tính vận tốc v bi A trước va chạm: 12 m1v1 0 � v  2gl  m1gl  a Va chạm mềm: � Wd  Một phần động bi A � � m1v1 �  m1gl �biến thiên thành nhiệt Ngay � sau va chạm hai hịn bi có vận tốc u Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có: m1v   m1  m  u �u m1v v (thay m  2m1 theo đề bài)  m1  m Động hệ hai bi sau va chạm m1u m u m1 v m1gl   m1u   Wđ  2 , Sau va chạm hai bi dính vào tiếp nối chuyển động trịn ban đầu bi A Động W,đ hệ hai bi chuyển động thành W ,t   m1  m  gh  3m3gh bi độ cao tối đa h (chọn mốc trên): W,t = W,đ � m1gl  3m1gh suy h   m  11cm Phần động bi A biến thành nhiệt va chạm là: Q=Wđ - W,đ = m1gl  m1gl 2m1gl  3 Thay chữ số ta có: Q = 1J Ta kiểm tra lại định luật bảo toàn lượng Ban đầu lượng hệ hai bi m1gl bi A độ cao Về sau hệ khơng bảo toàn phần Q = m1 gl , 2m1gl chuyển thành nhiệt trình va chạm mềm Nhưng lượng bảo toàn: m1gl = Q + m1gl b.Va chạm đàn hồi: Gọi v1 v2 vận tốc bi A bi B sau va chạm Áp dụng định luật bảo toàn động lượng định luật bảo tồn động cho hệ hai hịn bi ta có (lưu ý m2 = 2m1): m1v = m1v1 + m2v2 � v = v1 + v2 m1v m1 v12 m v22   � v  v12  2v 22 2 v 2v suy ra: v1 = - ; v2 = 3 v1 ngược dấu với v có nghĩa bi A bật ngược trở lại; v dấu với v có nghĩa hịn bi B bật lại phía trước tiếp nối chuyển động tròn ban đầu bi A bi B là: 13 m1v12 m1v m1gl   Wđ1 = 18 2 m v 4m1v 8m1gl   9 Wđ2 = Nhờ có động hai hịn bi lên độ cao tối đa h h2 chúng động dây (áp dụng định luật bảo toàn t), ta có: m1gl l � h1   m  11cm 9 8m gl 4l Wđ2 = Wt2 � m 2gh  � h   m  44cm 9 Wđ1 = Wt1 � m1gh1 = Ta kiểm tra lại định luật bảo toàn lượng Ban đầu lượng hệ hai bi m1gl bi A độ cao l sau hệ năng: Wt1 = Wt2 = m1gl 8m1gl   m1gl lượng ban đầu 9 Nhận xét : Đây loại toán va chạm hai vật Trong trường hợp va chạm mềm (như ví dụ tốn lắc thử đạn), ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng, cần ý sau va chạm vật có vận tốc (hai vật “dính vào nhau”); trường hợp động (cơ năng) không bảo toàn, phần động ban đầu biến thành nội (nhiệt biến dạng) Còn trường hợp va chạm đàn hồi áp dụng định luật bảo toàn động lượng định luật bảo toàn động năng; trường hợp thay định luật bảo toàn động quy tắc: vận tốc tương đối hai vật giữ nguyên độ lớn đổi chiều; cụ thể thí dụ thay phương trình (8) phương trình v2 = 2v v v1 = - 3 Bài tốn nghịch: Cho hệ xung lực ngồi yếu tố động học trước va chạm Tìm yếu tố động học hệ sau va chạm Bài tập 1: Một viên bi khối lượng m bắn ngang vào cạnh huyền BC nêm khối lượng M nằm yên mặt phẳng nhẵn nằm ngang hình vẽ Biết sau va chạm nêm chuyển động mặt phẳng ngang, bi nẩy thẳng đứng lên với độ cao tối đa h = 2m Coi va chạm bi nêm đàn hồi Tính vận tốc chuyển động nêm, biết M  10 m Lời giải: Theo phương ngang, hệ “bi + nêm” coi khơng có ngoại lực nên động lượng bảo toàn theo phương này, đó: mV1  MV , � V1  M , V m Với độ cao h, vận tốc bi sau va chạm: V1,2  2gh Vì va chạm đàn hồi nên động hệ “bi + nêm” bảo toàn: 14 1 mV12  mV1,2  MV ,2 2 2 ,2 ,2 mV1  mV1  MV từ phương trình ta có: �m � m � V , � m  2gh   MV ,2 �M � �M � m � V,2 �  1� gh �m � M m gh V ,2  M  M 1 m V,  m / s Nhận xét: Đây toán va chạm vật nhẹ với vật có qn tính lớn nên cần ý đến phương chiều động lượng sau va chạm Trong trường tốn theo phương ngang động lượng hệ bảo toàn nên áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang cho hệ Và ý Đây va chạm đàn hồi nên áp dụng bảo toàn động cho hệ Bài tập 2: Một lắc thử đạn dụng cụ dùng để đo tốc độ viên đạn, trước sáng chế loại dụng cụ điện tử để đo thời gian Dụng cụ gồm có khối lượng lớn, gỗ, khối lượng M = 5,4 kg, treo hai dây dài Một viên đạn, khối lượng m = 9,5g bắn vào khúc gỗ, nhanh chóng đứng yên Khúc gỗ + viên đạn sau đung đưa lên, khối tâm chúng lên cao, theo phương thẳng đứng, h = 6,5cm trước lắc tạm thời dừng lại đầu cung tròn quỹ đạo a.Tốc độ viên đạn trước va chạm bao nhiêu? b.Động ban đầu viên đạn bao nhiêu? Bao nhiêu lượng lại dạng lắc? Lời giải: a Ngay sau va chạm, hệ khúc gỗ + viên đạn có tốc độ V Áp dụng bảo toàn động lượng vào va chạm, ta được: mv = (M + m)V Vì viên đạn khúc gỗ dính vào nhau, nên va chạm hồn tồn khơng đàn hồi động khơng bảo toàn va chạm Tuy nhiên, sau va chạm lại bảo tồn, đó, khơng lực có tác dụng làm tiêu hao lượng Do đó, động hệ khúc gỗ điểm thấp cung phải hệ khúc gỗ điểm thấp nhất:  M  m  V   M  m  gh Khử V hai phương trình ta được: v Mm �5,  0,0095 � 2gh  � � 2.9,8.0, 063  630m / s m � 0,0095 � Con lắc thử đạn loại “biến thể”, biến đổi tốc độ cao vật nhẹ (viên đạn) thành tốc độ thấp đó, dễ đo 15 b Động viên đạn là: Wđ = �1 � mv  � � 0,0095.6302  1900J �2 � Cơ lắc khúc gỗ điểm cao hay là: W = (M + m)gh = (5,4 + 0,0095).9,8.0,0093 = 3,3 J Như có 3,3/ 1900 0,2% động ban đầu viên đạn chuyển thành lắc Chỗ lại chuyển thành nhiệt khúc gỗ viên đạn, tiêu hao để làm đứt thớ gỗ, viên đạn khoan vào khúc gỗ Nhận xét: Đây toán va chạm hai vật Trong trường hợp va chạm mềm, ta áp dụng định luật bảo tồn động lượng, cần ý sau va chạm hai vật có vận tốc (hai vật dính vào nhau) nên trường hợp khơng áp dụng bảo toàn động Một phần động biến thành nội (nhiệt biến dạng) 2.3.3 Bài tập áp dụng: Bài tập 1: (bài 26.8 Sách giải tốn vật lý 10- Tập 2) Hịn bi thép m = 100g rơi tự từ độ cao h = 5m xuống mặt phẳng ngang Tính độ biến thiên động lượng bi sau va chạm: a Viên bi bật lên với vận tốc cũ b Viên bi dính chặt với mặt phẳng ngang c Trong câu a, thời gian va chạm t = 0,1s Tính lực tương tác trung bình bi mặt phẳng ngang Đáp số: a 2kgm/s ; b).1kgm/s; c 20N Bài tập 2: (Bài 5E Sách sở vật lý -tập 1) Một cầu khối lượng m tốc độ v va vng góc vào tường nảy theo phương ngược lại với tốc độ không giảm a Nếu thời gian va chạm t , lực trung bình tác dụng vào tường b Tính lực trung bình với bóng cao su, khối lượng 140kg chuyển động với tốc độ 7,8 m/s, thời gian va chạm kéo dài 3,8 s Đáp số: a 2mv/ t ; b 570N Bài tập 3: (Bài 417 Sách 423 toán vật lý 10) Hai cầu nhựa khối lượng treo dây chiều dài l Một kéo cho dây treo làm góc   600 với đường thẳng đứng đo qua thả nhẹ nhàng Nó đến va chạm với đứng yên, dính vào chuyển động Tính: a Góc  lớn mà dây treo hợp với phương thẳng đứng sau vật dính vào b Phần trăm động chuyển thành nhiệt Đáp số: a   290 ; b H  50% Bài tập 4: (Bài 26.11 Sách giải toán vật lý 10 tập 2) Súng liên tì lên vai bắn với tốc độ 600 viên đạn/phút, viên đạn có khối lượng 20g vận tốc rời nịng 800 m/s Tính lực trung bình súng nén lên vai người bắn Đáp số: 160N 16 Bài tập 5: (Bài 33.28 Sách giải toán vật lý 10- tập 2) Một viên đạn khối lượng m bay theo phương ngang với vận tố v đâm xuyên qua cầu khối lượng M đặt sàn nhẵn Sau xuyên qua M, m chuyển động theo chiều cũ với vận tốc v2 Tìm nhiệt lượng tỏa trình � � m  v2  v1   m  v  v1  � Đáp số: Q =  v2  v1  � � M � Bài tập 6: (26.16 sách giải toán vật lý 10- tập 2) Xe chở cát khối lượng m1 = 390 kg chuyển động theo phương ngang với vận tốc v = m/s Hòn đá khối lượng m = 10kg bay đến cắm vào cát Tìm vận tốc xe đá rơi vào cát hai trường hợp: a Hòn đá bay ngang, ngược chiều xe với vận tốc v2 = 12 m/s b Hòn đá rơi thẳng đứng Đáp số: a 7,5 m/s; b 7,8 m/s Bài tập 7: (Bài 423 Sách 423 toán vật lý 10) Một lắc đơn gồm hịn bi-A có khối lượng m = 100g treo sợi dây dài l = 1m Kéo lắc lệch khỏi phương thẳng đứng góc  m  300 thả không vận tốc đầu Bỏ qua lực cản ma sát lực cản môi trường Tìm vận tốc hịn bi qua vị trí cân Lấy g = 9,8 m/s2 Khi qua vị trí cân bi-A va chạm đàn hồi xuyên tâm với bi B có khối lượng m1 = 50g đứng yên mặt bàn.Giả sử bàn cao 0,8m so với sàn nhà bi B nằm mép bàn Xác định chuyển động bi B Bi B bay rơi xuống sàn nhà điểm rơi cách chân bàn bao nhiêu? Đáp số:1 V = 0,54 m/s; t = 0,4 s; s = 1,05 m Bài tập 8: (Bài 35P Sách sở vật lý- tập 1) Một cầu thép khối lượng 0,5 kg treo sợi dây dài 70 cm,mà đầu cố định thả rơi, lúc dây nằm ngang Ở cuối đường đi, cầu va vào khối thép 2,5 kg, ban đầu đứng nghỉ mặt không ma sát Va chạm đàn hồi Tìm a.Tốc độ cầu b Tốc độ khối thép sau va chạm Đáp số: a 2,47 m/s ; b 1,23 m/s Bài tập 9: (Bài 26.24 Sách giải toán vật lý 10 - tập 2) Một vật khối lượng m1 = 5kg, trượt không ma sát theo mặt phẳng nghiêng   600 , từ độ cao h = 1,8m rơi vào xe cát khối lượng m = 45kg đứng yên tìm vận tốc xe sau Bỏ qua ma sát xe mặt phẳng đường Biết mặt cát gần mặt phẳng nghiêng Đáp số: 0,03m/s Bài tập 10: (Bài 33.34 sách giải toán vật lý lớp 10- tập 2) Một khối lượng m1 chuyển động với vận tốc v, gặp cầu đưng yên khối uu r lượng m2 cho va chạm vận tốc v1 hợp với đường nối hai tâm góc  Tính vận tốc cầu m1 sau va chạm, biết va chạm tuyệt đối không đàn hồi 17 � m � Đápsố: v  v1 sin   � �.cos 2 �m1  m � , 2.4 Hiệu SKKN hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường - Kết thu Lớp Giỏi Khá Trung bình Yếu Lớp thực nghiệm 25 HS = 15 HS = = 4,775% 42 HS 59,52% 35,71% Lớp đối chứng 15 HS = 12 HS = 15HS = 42 HS 35,71% 28,58% 35,71% - Để có kết tốt thân thầy, giáo phải đầu tư thời gian tìm hiểu đối tượng học sinh, soạn bài, tổng hợp kiến thức liên quan cách có hệ thống - Phải xây hệ thống tập gắn liền với lí thuyết trình tự cung cấp tập từ thấp đến cao - Đối với học sinh phải thực tập áp dụng cách nghiêm túc KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Bài học kinh nghiệm: Sau thực sáng kiến kinh nghiệm nhận SKKN thấy khẳng định số vấn đề sau: Hệ thống lí thuyết tập đưa khẳng định vai trị, vị trí áp dụng lí thuyết vào tập Xây dựng tuyển chọn hệ thống tập va chạm học lớp 10 phù hợp với chương trình SGK hành Việc phân loại tập xác định tiến trình giải tập với hệ thống tập vận dụng có tác dụng củng cố, hệ thống hóa kiến thức, khắc sâu, nâng cao kiến thức chương Trên sở SKKN đề tài kết luận rút từ thực nghiệm sư phạm nhận thấy đề tài đạt ý tưởng, mục đích đặt Với kết đạt đề tài tiếp tục triển khai cho chương khác chương trình Vật lí phổ thơng nhằm góp phần đổi phương pháp nâng cao chất lượng dạy học Vật lí THPT 3.2 Kiến nghị - Đối với giáo viên: Cùng với nâng cao nhận thức công tác giảng dạy cán giáo viên, phải xây dựng kế hoạch giảng dạy chi tiết tới lớp Kế hoạch xây dựng phải thể rõ mục tiêu, thời gian, chương trình, sở vật chất, thiết bị đồ dùng, nội dung giảng dạy Quản lý chương trình, kế hoạch giảng dạy tức đưa biện pháp quản lý, yêu cầu giáo viên vào kế hoạch đề để thực nghiêm túc 18 - Đối với học sinh: Cần ý học lớp đồng thời tham khảo thêm tài liệu, sách tham khảo, trang mạng phục vụ việc học mơn vật lí “thuvienvatli” “bachkim”… - Đối với Sở Giáo dục Đào tạo + Cung cấp kịp thời việc đổi phương pháp kiểm tra đánh giá + Nên trì thường xuyên tổ chức hội thảo, chuyên đề công tác dạy học - Đối với nhà trường Ban giám hiệu dự thảo kế hoạch hoạt động chuyên môn nhà trường Tổ chuyên môn thực nghiêm túc có hiệu buổi sinh hoạt chun mơn Trên số suy nghĩ, kinh nghiệm vận dụng vào thực tiễn giảng dạy chương trình Vật lí THPT Nhìn chung bước đầu diện hẹp thu số kết tốt Tuy nhiên q trình thực cịn gặp số khó khăn khơng tránh khỏi thiếu sót Tôi mong Hội đồng khoa học xem xét, đánh giá cho ý kiến bổ sung để có điều kiện hồn thiện thân nâng cao thêm kinh nghiệm, kiến thức chuyên môn để giảng dạy tốt Tôi xin chân thành cảm ơn! Thọ Xuân, ngày 10 tháng năm 2021 XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Tôi xin cam đoan SKKN viết khơng chép nội dung người khác Người viết sáng kiến Đỗ Văn Thọ Lê Văn Sáu 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Vật lí 10 Ban tự nhiên; Ban Nxb Giáo dục Bài tập chọn lọc phương pháp giải tập Vật lý 10, Nxb Giáo dục, Hà Nội Sách tập Vật lí 10 Nxb Giáo dục Nguyễn Quang Lạc, Lý luận dạy học Vật lý trường phổ thông, Đại học Vinh Bùi Quang Hân, Trần Văn Bồi, Phạm Văn Tiến, Nguyễn Thành Tương (2001), Giải toán Vật lý 10 - Tập 1, 2, Nxb Hà Nội Vũ Thanh Khiết (2009), Tuyển tập toán nâng cao Vật lý THPT - Tập 1: Cơ học - Nhiệt học, Nxb Hà Nội Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên, 2011), Sách giáo viên Vật lý 10 nâng cao, Nxb Giáo dục Vũ Thanh Khiết, Kiến thức nâng cao Vật lí 10, Nxb Hà Nội Trần Trọng Hưng, 423 Bài tốn Vật lí 10Nxb Trẻ 20 DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP SỞ GD & ĐT XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Lê Văn Sáu Chức vụ đơn vị cơng tác: Phó Hiệu trưởng trường THPT Lê Lợi, Thọ Xuân, Thanh Hóa STT Tên đề tài SKKN Cấp đánh giá xếp loại Kết đánh giá xếp loại Năm học đánh giá xếp loại Phương pháp giải tập máy Sở GD&ĐT biến C 2006 - 2007 Dùng nguyên lí thuận nghịch chiều truyền ánh sáng giải Sở GD&ĐT tập quang học C 2009 - 2010 Phương pháp tìm điện trở Sở GD&ĐT tương đương C 2010 - 2011 Dùng giản đồ véc tơ giải Sở GD&ĐT toán điện xoay chiều B 2012 - 2013 Hướng dẫn học sinh phương Sở GD&ĐT pháp giải tập đồ thị chất khí C 2014 - 2015 Một số phương pháp giải Sở GD&ĐT toán cực trị C 2015 - 2016 Bài tập tia X C 2016 - 2017 Cũng cố nâng cao kỹ Sở GD&ĐT giải tập dao động tắt dần, Phát bồi dưỡng học Sở GD&ĐT sinh giỏi vật lý 10 THPT qua việc dạy tập chương “Chất khí” C 2018 - 2019 C 2019-2020 Sở GD&ĐT 21 22 23 24 ... biến dạng vật sau va chạm b Định luật bảo toàn va chạm mềm: Trong va chạm mềm động lượng bảo toàn: Tổng động lượng vật trước va chạm tổng động lượng vật sau va chạm Phương trình Định luật bảo tồn... thành nhiệt trình va chạm mềm Nhưng lượng bảo toàn: m1gl = Q + m1gl b .Va chạm đàn hồi: Gọi v1 v2 vận tốc bi A bi B sau va chạm Áp dụng định luật bảo toàn động lượng định luật bảo toàn động cho... Q trình dạy học vật lí lớp 10 - Là em học sinh lớp 10 * Phạm vi nghiên cứu - Lý thuyết tập phần “ Các định luật bảo toàn va chạm chương trình Vật lí 10? ?? THPT - Thực tiết dạy tập để vận dụng định